[发明专利]多孔铜集流体及其制备方法和在锌/钠离子电池中的应用

说明书

本发明属于先进有色金属材料技术领域，涉及电子用高性能铜合金，具体涉及多孔铜集流体及其制备方法和在锌/钠离子电池中的应用，制备方法为：以青铜合金作为前驱体，在酸性溶液中，采用电化学脱合金法获得；所述的酸性溶液是盐酸、醋酸、硫酸、柠檬酸、草酸中的一种或两种以上的混合物；所述的酸性溶液的浓度为0.01～5mol L^‑1。本发明提供的多孔铜集流体可以诱导金属锌的均匀沉积，提高锌的沉积剥离效率。将其组装成无负极锌电池后，由于没有使用金属锌，因此可以大幅度的提高电池的能量密度，减轻电池的体积和重量，增加其适用范围。

技术领域

本发明属于先进有色金属材料技术领域，涉及电子用高性能铜合金，具体涉及多孔铜集流体及其制备方法和在锌/钠离子电池中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

据发明人研究了解，目的锌离子电池存在的缺陷包括：1.不可控的枝晶生长会加剧副反应的产生，导致低的库伦效率；2.锌在沉积剥离过程中，会产生大的体积变化，会进一步加剧性能的恶化；3.锌离子电池装配过程中，金属锌负极的过量使用，降低电池的能量密度。为了解决枝晶生长的问题，可以采用的方法有锌负极表面改性、三维锌负极、隔膜修饰、电解液改性，然而这些方法仍然不能有效解决锌离子电池能量密度低的问题。同时，由于存在上述问题2、3，导致目前锌离子电池的体积大、重量大，不利于锌离子电池的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的锌枝晶的不可控生长、库伦效率低、金属锌过量使用、能量密度低、体积大的问题，本发明的目的是提供多孔铜集流体及其制备方法和在锌/钠离子电池中的应用，本发明提供的多孔铜集流体可以诱导金属锌的均匀沉积，提高锌的沉积剥离效率。将其组装成无负极锌电池后，由于没有使用金属锌，因此可以大幅度的提高电池的能量密度，减轻电池的体积和重量，增加其适用范围。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种多孔铜集流体的制备方法，以青铜合金作为前驱体，在酸性溶液中，采用电化学脱合金法获得；

所述的酸性溶液是盐酸、醋酸、硫酸、柠檬酸、草酸中的一种或两种以上的混合物；

所述的酸性溶液的浓度为0.01～5mol L^-1。

本发明青铜合金作为原料，青铜合金是铜锡合金，其中含锡量较高，锡具有较为独特的性质，能够与大部分金属负极之间都有良好的亲和性，可以作形核剂，诱导金属的均匀沉积和生长。然而，发明人研究发现直接将青铜合金难以诱导金属锌的均匀沉积，因而本发明在酸性条件下，采用电化学脱合金法进行制备，能够调控青铜合金中的微观形貌及锡的含量，从而能够诱导金属锌的均匀沉积，提高锌的沉积剥离效率。另外，锡的金属活动性较高，能够直接与氢离子反应，为了提高多孔铜集流体中对锡含量的控制，本发明采用特定酸及浓度，保证对多孔铜集流体中对锡含量的控制。

另一方面，一种多孔铜集流体，由上述制备方法获得。

第三方面，一种上述多孔铜集流体在锌离子电池负极集流体中的应用。

第四方面，一种无负极锌离子电池，由正极集流体、正极、隔膜、电解液、负极集流体组成，所述正极设置在正极集流体上，所述负极集流体为上述多孔铜集流体。

第五方面，一种上述无负极锌离子电池在电器、能源或交通工具领域中的应用。

第六方面，一种上述多孔铜集流体在二次电池中的应用，所述二次电池为锂电池、钠电池、钾电池、镁电池、钙电池或铝电池。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过电化学脱合金法的即可制备出多孔铜集流体。通过控制参数，即可调控产物多孔铜集流体中锡的含量。